高压开关柜分闸线圈烧毁原因及解决措施

白斯宇，胡成志，彭思洁，吴甜甜

（中国核动力研究设计院，四川成都 610041）

0 引言

某厂区35 kV 变电站6 kV 开关柜室共有31 台开关柜，均配置真空断路器。在多年运行中，多次出现开关柜分闸线圈烧毁情况，引起断路器分闸失败。分闸线圈是断路器重要组成部分，其故障会直接导致断路器分闸失败，当电气设备发生故障时，若断路器因分闸线圈问题而拒动，极有可能导致设备烧毁，甚至引发火灾，或是引起越级跳闸引发大面积停电，以致重要负荷断电，造成人员伤亡。根据厂区变电站6 kV 开关柜检修经验，分析总结分闸线圈烧毁原因及解决措施[1-2]。

1 分闸回路工作原理

分闸回路如图1 所示，其中，+SM、+KM、-KM 是直流电源；1RD 和2RD 是熔断器；TBJ 是防跳继电器；KK 是旋转开关；DL1和DL2 是辅助触点；TQ 是分闸线圈。在断路器合闸情况下，DL2为闭合状态。当就地按下分闸按钮、远程转动KK 把手连通6、7位置或保护回路发出分闸指令时，分闸回路被接通，防跳继电器的电流线圈TBJ（I）受电，触点TBJ3 闭合，分闸回路进入自保持状态。TQ 通电，其内部空间会产生磁场，铁芯在磁场内受到电磁力作用而发生位移，带动断路器内机构动作，实现断路器的分闸。断路器分闸后，DL2 回到断开状态，从而分闸回路断电，分闸过程如图2 所示。

图1 分闸回路接线

图2 分闸流程

2 分闸线圈烧毁原因分析

上述分闸过程中，分闸回路从接通到断开的时间不到1 s，而且在对铁芯的作用过程中，其大部分电能转换为铁芯动能，只有少量电能以热量形式在线圈中消耗。因此，分闸线圈是按短时通电设计。线圈中电热转换公式Q=I2Rt，其中，Q 是线圈中产生的热量，I 是线圈中的电流值，R 是线圈电阻值，t 是线圈通电时间。R 与I 近似为常量，则Q 与t 成正比。若分闸回路因某种原因未能及时切断，则Q 会持续增加，直到分闸线圈被烧毁，这一过程一般不到10 s。在分闸回路工作原理中可以看到，决定分闸回路通断的开关是TBJ 和DL，TBJ 为自保持开关，一旦通电之后不会主动断开，切断回路只能依靠DL 的动作来完成，其能否正确动作是问题的关键。DL 的动作由一连串事件的结果决定，如图2 所示，从TBJ（I）线圈通电，使分闸回路自保持开始之后的每一个环节出现问题都有可能导致线圈被烧毁。2012—2016 年故障原因次数统计见表1。结合实际检修有以下几种原因。

（1）直流母线电压降低。当直流母线电压降低，分闸线圈电流则偏小，从而分闸线圈对铁芯的电磁力不足以顶开脱扣机构，分闸失败，线圈烧毁。这种情况下测量直流母线电压，一般低于75%额定电压。

（2）分闸回路电阻偏大。分闸线圈回路绝缘降低，或是控制回路线径过小造成电阻偏大，使得分闸控制回路电压降较大，同样导致分闸线圈两端电压达不到使铁芯有效动作的值，使得分闸线圈长时间带电烧毁。

（3）分闸线圈铁芯位置不当。线圈松动，造成断路器分闸时电磁铁位移，使铁芯卡涩，或因铁芯活动行程短，当接通分闸回路电源时，铁芯顶不开脱扣机构，使得线圈长时间通电而烧毁。

（4）高压断路器拒分。控制回路正常时，高压断路器出现拒分的故障均为连杆机构问题，如顶点调整不当，使断路器分闸铁芯顶杆的力度不能使机构及时脱扣，或因防护闭锁机构未动作，致使线圈过载，造成分闸线圈烧毁。

（5）辅助开关分闸状态的行程调整不当。断路器处于分闸状态时，应调整辅助开关使其在分闸状态的行程范围内。然而，在调整断路器开距和超行程等参数时，断路器分闸的初始状态未做相应调整，导致辅助开关不能正常切换分闸回路，使分闸线圈烧毁。

表1 分闸线圈烧毁原因次数统计

3 解决措施

（1）针对直流电压偏低的情况，运行人员在值班巡视过程中注意观察直流母线电压。若低于90%额定电压，应及时报告上级，检修班组及时到现场检查直流电源系统。

（2）对于分闸回路电阻偏大，在开关柜预防性维修中测量分闸线圈的直流电阻及绝缘电阻。若直流电阻值高于出厂值的10%，应立即更换，若绝缘电阻值偏低，同样予以更换。

（3）预防性维修时固定好分闸线圈，注意检查分闸线圈的铁芯位置是否适当、有无卡涩，调整铁芯行程，使其保持在合适位置。

（4）在每年检修工作中，应正确调整好断路器的连杆机构，经常检查断路器的自由脱扣是否正常。低电压动作试验时，是否能在30%～65%的额定电压可靠跳闸。

（5）将分闸回路的延时动合触点改接为一对动合触点，经常检查辅助开关的触点及辅助开关的拐臂螺丝。正确调整辅助开关位置，使辅助开关与断路器分合闸位置正确、有效配合。

4 结束语

经过多年运行、检修的经验累积，变电站运维人员总结出一套有效的避免分闸线圈烧毁的预防措施。2017 年下半年至今，变电站内未发生过分闸线圈烧毁事故，极大提高了系统供电可靠性，保障了科研生产的正常进行。